韧性高胶结固井水泥浆体系研究

为保障油气井水泥环长期密封完整性,室内研究了增韧纤维、膨胀剂、胶乳液三种功能材料,同时研究了降失水剂、分散剂、缓凝剂添加剂,构建了韧性高胶结水泥浆体系,并对水泥浆体系性能进行评价。实验结果表明,增韧纤维、膨胀剂PZ-1和胶乳液可以提高水泥石的抗冲击强度,增大水泥石膨胀率,改善水泥石的胶结强度和韧性性能。降失水剂SSR、分散剂FSA和缓凝剂HNA能改善水泥浆的失水量、流变性和稠化性能。使用这些添加剂构建的韧性高胶结水泥浆流变性好,失水量低,稠化时间满足要求,抗压强度较高,同时水泥浆具有较好的韧性和高的胶结强度。研究成果可为复杂油气井固井作业提供技术支持。     

多元复合弹韧性固井水泥浆体系研究

页岩气、致密气等复杂井对水泥石弹韧性要求高,单一材料无法从多途径改善水泥石力学性能。为开发高效弹韧性水泥浆体系,分别研究碳纤维、胶乳液和橡胶粉对水泥石力学性能的影响,评价了掺入不同弹韧性改性材料对水泥石弹性模量和抗冲击强度的影响规律,并以不同弹韧性材料复合构建多元复合弹韧性水泥浆体系,对其性能进行评价。结果表明,碳纤维对水泥石韧性提高最大,橡胶粉可大幅度提高水泥石弹性,胶乳的作用效果介于碳纤维和橡胶粉之间。以3种弹韧性材料构建的多元复合弹韧性水泥浆体系失水量小于50 mL,稠化时间3～5 h,抗压强度大于26 MPa,弹性模量4.8 GPa,抗冲击强度达到2.2 kJ/m2,抗折强度大于8 MPa,弹韧性水泥石力学性能优异。应力应变行为分析表明,当水泥石遭受压应力时,弹韧性水泥石弹性特征明显,形变能力更强。研究成果可用于大规模压裂井等复杂井固井作业。     

抗高温弹性固井水泥浆体系研究

为解决高温下水泥环完整性保障问题,根据高温复杂井对固井水泥浆体系要求,研究高温降失水剂、高温缓凝剂和抗高温弹性剂调节水泥浆的失水量、稠化时间和弹性模量,并构建了高温弹性水泥浆体系,对其性能进行评价。结果表明,研究的高温降失水剂HRW-4、高温缓凝剂HRT和高温弹性剂能有效调节水泥浆体系的各项性能,构建的水泥浆体系流变性满足固井施工要求,失水量33mL,稠化时间3～5h之间,抗压强度20 MPa以上且力学性能高温稳定性好,弹性模量低,有助于保障高温环境下水泥环完整性。     

低密度固井水泥浆体系组分与性能优化研究

在各大油田的钻完井过程中,存在的普遍的问题就是容易压漏地层,因此固井要求降低水泥浆密度,减少压漏风险,但使用低密水泥浆体系势必增加成本。为优化使用的低密度水泥浆体系组分和性能,对水泥批次、水泥浆组成进行研究,并评价优化后水泥浆性能。实验结果表明,优化后低密度水泥浆流变性好,失水量低,稠化时间满足固井施工的要求,水泥浆浆体稳定,能有效应用于固井作业。     

小井眼固井水泥浆体系的室内研究及性能评价

基于纤维增韧技术和颗粒级配原理,选择性能良好的降失水剂、分散剂以及其他外加剂,并利用膨胀剂的微膨胀作用,成功配制出高、中、低密度小井眼水泥浆配方,并对其进行性能评价。结果表明,小井眼固井水泥浆流变性好,滤失小,浆体稳定性高,防窜能力强,稠化时间可调,呈近似直角稠化,水泥石抗压强度高,抗冲击韧性和抗折强度高,弹性模量低,且具有良好的界面胶结强度,能够满足小井眼固井要求,对小井眼固井水泥浆体系的设计以及小井眼固井实践有着重要意义。     

高温高压井固井水泥浆体系研究

高温高压环境易对固井水泥浆性能产生较大的影响,引起水泥石强度衰退、添加剂失效等问题。针对高温固井对水泥浆的要求,研究了水泥浆关键添加剂材料,构建了抗高温固井水泥浆体系,并对水泥浆性能进行评价。实验结果表明,研究的高温降失水剂、缓凝剂、分散剂、加重剂能有效降低水泥浆的失水量,调节水泥浆的稠化时间和流变性,提高水泥浆的密度。使用研究的添加剂材料构建的抗高温高密度水泥浆体系在高温环境下常规工程性能良好,满足固井施工的要求,且水泥浆的高温强度稳定性好。研究结果可为高温固井作业提供技术支持。     

弹性防腐蚀固井水泥浆体系研究

为研究弹性防腐蚀水泥浆体系用于含二氧化碳酸性气体复杂井进行固井作业,室内研究了弹性材料、防腐剂、降失水剂、分散剂、缓凝剂外加剂材料,构建了弹性防腐固井水泥浆体系,并对水泥浆体系性能进行评价。结果表明,防腐剂CR-1和弹性材料EPT能有效提高水泥石抗腐蚀能力,并能降低水泥石弹性模量。降失水剂CG-1、分散剂DA-2和缓凝剂R1-2能降低水泥浆的失水量,改善水泥浆流变性,调节水泥浆稠化时间。构建的弹性防腐水泥浆体系性能满足固井作业要求,不同温度下水泥石腐蚀深度小,防腐能力强。不同围压下水泥石弹性模量低,具有较高的抗应力破坏能力。     

高密度油气井水泥浆的研制及应用

深井、超深井固井作业对水泥浆体系性能要求较高。为了满足深井、超深井固井作业需要，本文通过室内综合试验研究，优选合适的加重剂及水泥浆外加剂，构建了密度为2.10 g/cm³、2.30 g/cm³高密度固井水泥浆体系，并对水泥浆的性能进行评价。结果表明，该体系水泥浆具有较好的流变性和沉降稳定性，失水量低，抗压强度较高，抗高温性能优越。并且现已成功应用于蓬探XX井，固井质量优良，为后期深井及超深井固井的勘探开发起到了极为重要的推动作用。     

纳米早强剂研究及其在深水低温固井水泥浆中的应用

低温环境给深水固井作业带来了较大的困难,特别是对水泥浆的抗压强度发展影响极大。为了设计性能优异的低温固井水泥浆体系,研发了一种纳米早强剂用于提高水泥浆早期抗压强度,并评价了纳米早强剂对水泥浆性能的影响,研究了纳米早强剂水泥浆的性能。实验结果表明,纳米早强剂比常规早强剂提高水泥浆早期抗压强度效果更好,能有效提高水泥浆抗压强度,降低水泥浆的失水量,对流变性影响较小,但是会缩短水泥浆的稠化时间。纳米早强剂水泥浆流变性满足固井要求,自由液为0,失水量在50mL以下,稠化时间在3～5h之间,在不同温度下的养护早期都有强度产生,且抗压强度发展较快。现场应用表明纳米早强剂应用效果好,形成的水泥浆体系满足固井要求,具有一定的推广应用价值。     

一种低黏韧性双防低密度水泥浆的室内性能研究

陆丰油田大位移井储层渗透率低、欠压稳，容易发生气窜，造成固井质量不佳，存在底部高温区域沉降稳定性差、易漏等固井技术难题。针对这些难点，室内筛选3M高强抗压中空玻璃微球来降低水泥浆密度为1.4 g·m^-3的同时可以提高水泥石的抗压强度，选用纤维与胶乳混合作为增韧材料，降低了水泥石的渗透率，有效达到目的层增韧防漏的效果。该增韧材料协同防窜剂CT-1和膨胀剂EXP-1，提高水泥石的胶结强度，具有防漏防窜的作用。由上述主要材料协同其他相关水泥浆添加剂构建了一套具有低黏韧性兼具防漏和防窜性能的低密度水泥浆体系，该低密度水泥浆体系具有良好的流变性，自由液为零，且水泥石上部密度和下部密度差值均小于0.03 g·m^-3，可以看出该韧性水泥浆体系具有优异的沉降稳定性能。低黏韧性双防低密度水泥浆具有良好的力学性能，抗压强度达28 MPa，弹性模量小于7 GPa，抗窜强度大于10 MPa·m^-2，且抗窜效果较普通低密度水泥浆抗窜能力提高了81.2%，说明该水泥浆具有较强封隔能力，可以有效提高固井质量。     

超高温水泥浆在乐东A井中的应用

乐东A井位于莺歌海盆地,是一口高温高压预探井。最终完钻井深5057m,井底静止温度是210℃,是近年来海上固井应用的最高温度。针对现场需要,本文研制了密度为1.90g/cm~3至2.1g/cm~3的耐高温水泥浆体系。该体系选用AMPS类缓凝剂与有机酸复配的缓凝剂提高水泥浆的耐温性,能耐温至230℃;选用分散型高温降失水剂与防窜型降失水剂同时使用,两种降失水剂协同作用,大幅度提高水泥浆控失水能力以及防窜能力。实验表明,水泥浆稠化时间规律性好、抗高温控失水能力强、体系稳定性好、在200℃下,强度发展好,防窜性能SPN值小于3。同时研究了体系与隔离液的相容性。应用效果表明,设计的耐超高温水泥浆保证了该井高温高压固井作业质量和施工安全。     

超细"G"级油井水泥低温低密度水泥浆研究

针对海洋深水低温、破裂压力低等特点,通常要采用低密度水泥浆来封固深水表层;低温环境下普通"G"级油井水泥水化速度缓慢或几乎不进行水化反应,水泥石早期抗压强度低且发展缓慢。为有效降低现场候凝时间,节约深水作业成本,开发了一套适用于深水表层固井用超细"G"级水泥用低温低密度水泥浆。对水泥浆体系的设计原理与水泥浆组分进行了论述,并对该水泥浆体系在深水环境下的性能进行了评价,和中海油服现场在用的普通"G"级油井硅酸盐水泥浆体系进行了对比。结果表明,超细"G"级水泥低温低密度水泥浆体系在低温环境下具有较高早期强度、低失水量以及良好的流变性和稠化性能,其中密度为1.40g/cm~3及1.44g/cm~3的水泥浆在10～13℃温度下的稠化时间≥8hr,API失水70m L,1.40g/cm~3水泥石在10℃及13℃温度下养护24h后的抗压强度可达到3.9MPa及5.4MPa;1.44g/cm~3水泥石在10℃及13℃温度下养护24h后的抗压强度可达到5.8MPa及8.3MPa。同等水泥石密度及温度下,超细"G"级水泥石24h强度较中海油服在用的普通"G"级油井硅酸盐水泥石强度提高40%以上。     

粉煤灰/漂珠复合减轻剂研究与应用

随着油气田开发的进行,钻遇低压易漏层的几率越来越大。为设计经济高效的低密度水泥浆体系,研制了粉煤灰/漂珠复合减轻剂,对其形成的低密度水泥浆体系性能进行评价。结果表明,研制的粉煤灰/漂珠复合减轻剂中粉煤灰与漂珠比例为8∶2。复合减轻剂水泥浆稳定性好,减轻剂可以有效降低水泥浆的密度。当减轻剂掺量增多后,对水泥浆流变性有一定的影响。复合减轻剂会在一定程度上降低水泥浆的抗压强度,并延长了水泥浆稠化时间,少量降低了水泥浆的失水量。现场应用表明了研制的减轻剂复合设计的低密度水泥浆体系适用于易漏断层固井,且降低了固井成本,具有推广应用价值。     

一种防治深水浅层地质灾害特种水泥浆体系研究

在深水固井作业中,低温会使水泥浆长期得不到凝固,并引起水泥浆的强度发展缓慢。常规的固井水泥无法满足低温高强的要求。针对上述问题,室内开展了增强剂和特种缓凝剂的筛选研究的基础上,辅以特种水泥和特种促凝剂等材料构建了一套防治深水浅层地质灾害特种水泥浆体系,该体系实现了4h养护抗压强度大于3.5MPa,且可以有效调节水泥浆稠化时间,水泥浆具有良好的沉降稳定性和稠化转化时间短的特征,可以有效抑制浅层流,达到防气窜的目的。同时室内针对该体系的安全性能进行评价,水泥将在停机时间20 min,水泥浆稠化时间无明显变化,保障了施工安全。     

高温防窜乳液水泥浆体系研究与应用

高温高压气井防气窜固井对水泥浆性能要求高,常规水泥浆难以满足固井要求。在分析高温高压气井防气窜固井难点的基础上,优选胶乳防气窜剂与新型纳米液硅防气窜剂,将二者有机复配,通过致密充填、活性胶凝、改善水泥石力学性能等方式提高防气窜性能,研制出高温防窜乳液水泥浆体系。该防气窜水泥浆体系具有流变性好、API失水低、直角稠化和沉降稳定性好等特点,且对缓凝剂加量、密度、温度计配浆水陈化等因素不敏感,便于现场操作与施工。水泥浆静胶凝强度发展快,防气窜性能好,水泥石高温强度高、高温稳定性好,且水泥石渗透率低,有利于防止气体渗流。该防窜乳液水泥浆体系在中国石化西北油田成功应用多井次,较好地解决了高温高压气井固井难题。     

单通道井固井低黏微膨胀韧性水泥浆体系研究

介绍了单通道井的特点,基于单通道井对固井水泥浆的要求,开发了适用于单通道井固井用的低黏微膨胀韧性水泥浆体系,室内对水泥浆各项性能进行了试验研究,结果表明：开发的水泥浆体系能够满足单通道井固井的要求,低黏微膨胀韧性水泥浆体系配方(w)为：100%G级水泥+42%淡水+7%流型调节剂LPG+1%膨胀剂PUB+7.5%胶乳液+5%降失水剂DPT+0.4%缓凝剂HP-2+1%消泡剂。低黏微膨胀韧性水泥浆体系具有低黏、稳定性好,稠化时间可调,受温度影响较小等优点,能够满足单通道井对固井水泥浆性能的要求。     

长效抗高温水泥浆在排601区块稠油热采井的应用

新春采油厂排601区块油藏埋深450～600m,为受构造控制的岩性稠油油藏。针对该区块稠油热采井存在的技术难题,根据紧密堆积理论、颗粒级配原理以及低温活性材料复配技术,研制出了由增强料ZQL-1、增强剂ZQJ-1以及其他水泥外加剂组成的抗高温长效固井水泥浆体系。该水泥浆体系在低温下具有流变性好、API失水小、稠化时间可调等特点,水泥石具有抗高温强度衰退性能,该水泥浆在该油田已成功固井7井次,测井结果表明,有效提高了固井质量。     

高水灰比高掺量粉煤灰环保型低成本固井水泥浆的研制

通过优选油井水泥早强剂,开发一种呈碱性含钙镁硫酸根及水溶性阳离子的新型粉煤灰早期水化激发剂YP-5,克服了水灰比2.0以上、密度1.40 g/cm3以下粉煤灰水泥浆强度低、无法定期稠化的局限性,研发了两种高水灰比、高掺量粉煤灰低成本水泥浆,并且进行了红外机理分析和成本对比.结果 表明,YP-5对高水灰比水泥-粉煤灰复合体系的24h、72 h早期强度提升分别达131％、89％以上,可将1.30 g/cm3、1.35 g/cm3两种固井水泥浆的粉煤灰替代水泥量大幅度提高至50％和80％.两种“双高”低密水泥浆同样具有失水低、游离液少、流变性及沉降稳定性佳、稠化时间可调的固井特性;与相同密度漂珠体系相比该水泥浆成本降低70％以上.较低的成本和三废粉煤灰的大量利用,使得该水泥浆在环境保护及固井充填方面具有良好的应用前景.     

含CO2气体油气井防腐固井水泥浆体系研究

在含CO₂气体油藏中，CO₂对油井固井水泥石的腐蚀给石油开采带来了严重的安全问题。基于CO₂对水泥石的腐蚀机理、水泥浆各种外加剂的作用机理，通过实验来遴选水泥浆体系中防腐剂及其比例，并确定其他外加剂添加量，最终构建出能有效防止CO₂腐蚀的水泥浆体系。此体系下的水泥浆需要的稠化时间能控制在3～5 h范围内，失水量小于50 mL，无自由液，水泥石在24 h内抗压强度大于14 MPa。所得的水泥浆和水泥石的其他各项性能也均符合室内实验和实际固井的要求。     

复合型油井水泥早强剂LL的配伍性研究

在油气井固井作业中需要使用油井水泥外加剂来控制、改善水泥浆的流变性能和水泥的水化、凝结性能,提高水泥石的综合性能,保证固井质量。大量的实践表明,保证固井质量的关键之一是固井水泥浆的良好性能。而固井水泥浆的良好性能取决于水泥浆和水泥浆外加剂的性能。主要研究自制复合型油井水泥早强剂LL与实验室自制油井水泥缓凝剂MAM,分散剂FASA,降失水剂AS的配伍性规律。按照中国石油天然气行业标准SY/T5504.4-2008,SY/T5504.1-2005,SY/T5504.3-2008和SY/T5504.2-2005,测试水泥浆性能,最后进行早强水泥浆体系性能测试,通过配方1抚顺G级油井水泥+2.5%早强剂LL和配方2抚顺G级水泥+2.5%早强剂LL+1.0%缓凝剂MAM+0.5%分散剂FASA+1.0%降失水剂AS的水泥浆性能比较,结果表明,早强剂LL分别加入缓凝剂MAM,分散剂FASA,降失水剂AS后水泥浆性能均能达到相关行业标准,配伍性良好,并且早强水泥浆体系性能稳定,测得的稠化时间略有加长,初始稠度较低,抗压强度降低,能够满足固井的各项指标的要求。